上海移動-高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計與優(yōu)化方案

1 高速鐵路專網(wǎng)設(shè)計與優(yōu)化 中國移動通信集團上海有限公司 2 目 錄 一、 摘要 . 4 關(guān)健字： . 4 二、 課題研究背景 . 4 2.1 鐵路提速 . 4 2.2 CRH 簡介 . 4 三、 高鐵專網(wǎng)設(shè)計方案 . 5 3.1 專網(wǎng)設(shè)計目標 . 5 3.2 列車穿透損耗測試 . 5 3.2.1 T 型列車測試 . 5 3.2.2 K 型列車測試 . 6 3.2.3 龐巴迪列車測試 . 7 3.2.4 CRH2 測試 . 7 3.2.5 測試 小結(jié) . 8 3.3 重疊覆蓋距離估算 . 8 3.3.1 手機重選與切換 . 8 3.3.2 列車時速與重疊覆蓋距離 . 9 3.4 傳播模型采用 . 9 3.4.1 傳播模型簡介 . 9 3.4.2 傳播模型校正原理及方法 . 10 3.4.2.1 SPM 校正原則 . 10 3.4.2.2 SPM 校正流程 . 11 3.4.3 傳播模型應(yīng)用 . 13 3.5 話務(wù)模型分析 . 17 3.5.1 列車話音業(yè)務(wù)估算方法 . 17 3.5.2 列車數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)估算方法 . 19 3.6 天線選擇 . 23 3.7 站臺與大網(wǎng)的銜接 . 24 四、 高鐵專網(wǎng)組網(wǎng)方案 . 24 4.1 專網(wǎng)小區(qū)組成 . 24 4.1.1 已建宏站采用方案 . 24 3 4.1.2 新增宏基站建設(shè)方案 . 25 4.1.3 直放站方案 . 25 4.2 專網(wǎng)吸收周圍大網(wǎng)話務(wù)預(yù)估 . 27 4.3 各廠商 BSC 承載能力 . 27 4.4 BSC 歸屬和 LAC 設(shè)置原則 . 28 4.5 切換關(guān)系設(shè)置原則 . 30 五、 高鐵專網(wǎng)優(yōu)化方案 . 31 5.1 專網(wǎng)頻率規(guī)劃原則 . 31 5.2 專網(wǎng)信道配置原則 . 31 5.3 小區(qū)參數(shù)設(shè)置原則 . 32 5.4 切換參數(shù)設(shè)置原則 . 33 六、 技術(shù)方案總結(jié) . 33 4 一、 摘要 鐵路大提速后，為保證乘客的通信暢通和通信質(zhì)量，特制定高速鐵路專網(wǎng)建設(shè)與優(yōu)化技術(shù)方案。本方案立足于鐵路專網(wǎng)設(shè)計總體目標，重點解決鐵路提速后手機用戶通信時發(fā)生 的切換混亂、 接通 率低和 掉話等現(xiàn)象 ，為此提出了高速鐵路組網(wǎng)方案，包括位置區(qū)劃分、基站配置和 BSC 歸屬等，并結(jié)合實際情況制定了相應(yīng)的優(yōu)化方案，包括專網(wǎng)頻率規(guī)劃和專網(wǎng)小區(qū)無線參數(shù)設(shè)置原則等。方案特別關(guān)注鐵路提速后引入 的動車組列車，對各種列車的穿透損耗進行了測試與分析，通過引入標準傳播模型以及對地貌因子的校正，為基站位置和天線放置位置的正確選擇提供了依據(jù) ；同時通過建立行駛列車中乘客的話務(wù)模型和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型，提出了各專網(wǎng)小區(qū)的載頻配置原則。方案所提及關(guān)鍵技術(shù)和指導(dǎo)原則均在 滬寧鐵路（上海段）專網(wǎng)覆蓋建設(shè) 中得到應(yīng)用，效果明顯，表明此方案對于鐵路專網(wǎng)建設(shè)具有指導(dǎo)性、實用性和有效性。 關(guān)健字： 高速鐵路、穿透損耗、傳播模型、話務(wù)模型、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 二、 課題 研究背景 2.1 鐵路提速 隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路運輸系統(tǒng)承擔起越來越多 的客流運送任務(wù)。 自2007 年 4 月 18 日起 ， 中國 鐵道部將進行第 6 次列車提速。屆時， 列車時速將提升至 200 公里，而京哈、京滬、京廣、膠濟等提速干線部分區(qū)段可達到時速 250公里。 2.2 CRH 簡介 在 本次 鐵路提速的同時，鐵道部引入了 CRH 這一新型列車，該列車全稱為 “中國高速鐵路列車 ”， CRH 是（ China Railway High-speed）英文字母的縮寫。 該列車分為 CRH1、 CRH2、 CRH3 和 CRH5 這 4 個種類 ， 其中，CRH1、 2、 5 均為 200 公里級別（營運速度 200KM/h，最高速度 250KM/h）。 CRH3 為 300 公里級別（營運速度 330KM/h，最高速度380KM/h）。 而 CRH2 具有提升至 300KM 級別的能力。 5 表 1： CRH 列車基本信息表 列車類型 運營速度 最高速度 載客人數(shù) 列車長度 列車材質(zhì) CRH1 200KM/h 250KM/h 670 213.5M 不銹鋼 CRH2 200KM/h 250KM/h 610 201.3M 中空鋁合金車體 CRH3 330KM/h 380KM/h 暫無 200.0M 暫無 CRH5 200KM/h 250KM/h 604 205.2M 中空鋁合金車體 三、 高鐵專網(wǎng)設(shè)計方案 3.1 專網(wǎng)設(shè)計目標 列車中的用手機用戶進行通信時，由于 受到高速移動過程中的快衰弱影響，列車材質(zhì)對無線信號衰減的影響， 往往會發(fā)生切換混亂，無法接通，掉話等現(xiàn)象。另外，由于組網(wǎng)過種中涉及的位置區(qū)過多，在 LAC 邊界處又會由于大量位置更新而造成 SDCCH 溢出。 因此，鐵路專網(wǎng)設(shè)計的目的就是在克服上述影響的情況下，提高通信質(zhì)量，從而提高用戶感知度。 因此，本次專網(wǎng)設(shè)計的目標值為列車內(nèi)電平強度達到 (-85dBm -80dBm)， DT 指標 盡量達到集團要求的城市 DT 測試標準。 3.2 列車穿透損耗測試 高鐵專網(wǎng)設(shè)計中，首先要對各列車類型做相關(guān)的穿透損耗測試， 以穿透損耗最大的車種 作 為 設(shè)計基礎(chǔ)，來確保用戶在各種車型中都可以獲得正常的通話電平值。 為此，我們對 鐵路 上海段行駛的 T 型列車、 K 型列車、龐巴迪列車和子彈頭 CRH2 型列車逐一做了相關(guān)測試工作。 其中 測試發(fā)信工具采用愛立信發(fā)設(shè)設(shè)備、定向天線支架和衰減器 ，該設(shè)備安裝在列車外空地上； 測試收信設(shè)備采用 SAGEM OT290，該設(shè)備將在車廂外及車廂內(nèi)多點處進行接收采樣，從而比較出車廂內(nèi)外的電平值差異。 3.2.1 T 型列車測試 圖 1： T 型列車測試平面圖 6 表 2： T 型列車測試結(jié)果 車廂類型 位置 接收電平 (dBm) 衰耗值 (dB) 硬座車廂 a 點 -60 0 a1 點 -75 15 b 點 -60 0 b1 點 -61 1 b2 點 -72 12 c 點 -61 0 c1 點 -61 0 c2 點 -74 13 T 型列車車窗比較大，車窗玻璃衰耗很小，衰耗約為 2dBm；車內(nèi)綜合衰耗(人體、座椅等 )約為 10dB；播音室損耗 16dB。 3.2.2 K 型列車測試 圖 2： K 型列車測試平面圖 表 3： K 型列車測試結(jié)果 位置 接收電平(dBm) 衰耗值 (dB) 硬座車廂 A 點 -60 0 A1 點 -76 16 D 點 -80 20 B 點 -61 0 B1 點 -63 2 B2 點 -72 11 C 點 -62 0 C1 點 -64 2 C2 點 -74 12 軟臥車廂 E 點 -61 0 E1 點（門開） -67 6 普通 K 型列車窗玻璃衰耗約為 3dB；車內(nèi)綜合衰耗 (人體、固定物 )約為 10dB；值班室或播音室衰耗約為 16 dB；臥鋪車廂車體衰耗約為 7dB，臥鋪車廂門衰耗約為 7dB。 D 7 3.2.3 龐巴迪列車測試 圖 3：龐巴迪型列車測試平面圖 表 4：龐巴迪型列車測試結(jié)果 車廂類型 位置 接收電平 (dBm) 衰耗值 (dB) 軟臥車廂 A 點 -53 0 C 點 -70 17 F 點 (門開 ) -74 21 F 點 (門關(guān) ) -77 24 B 點 -52 0 D 點 -72 20 E 點 (門開 ) -76 24 E 點 (門關(guān) ) -79 27 龐巴迪車體衰耗約為 17 dB，車廂內(nèi)空間衰耗約為 4 dB（相比 T 和 K 型列車，車廂內(nèi)的人非常少），臥鋪車廂門衰耗約為 3 dB。 3.2.4 CRH2 測 試 圖 4： CRH2 型列車測試平面圖 8 表 5： CRH2 型列車測試結(jié)果 車廂類型 位置 接收電平 (dBm) 衰耗值 (dB) 軟座車廂 A 點 -49 0 C 點 -50 1 E 點 -60 11 B 點 -53 0 D 點 -55 2 F 點 -62 9 車體衰耗約為 1dB，通過模擬測試發(fā)現(xiàn) CRH 列車車體基本沒有損耗。車廂內(nèi)空間衰耗約為 10 dB（相比 T 和 K 型列車，損耗也較小）。 3.2.5 測試小結(jié) 通過對上述 4 種類型的列車進行穿透損耗測試， 可以發(fā)現(xiàn)新型 CRH 列車的穿透損耗未高于龐巴迪列 車，因此上海段的專網(wǎng)設(shè)計中，假如要求車廂內(nèi)提供用戶通信的電平值要達到 -85dBm 以上，則列車車廂外的覆蓋電平需達到 -60dBm。 表 6：各車型穿透損耗總結(jié) 車型 普通車廂（ dB） 臥鋪車廂（ dB） 播音室中間過道（ dB） 綜合考慮 的衰減值 T 型列車 12 16 12 K 型列車 13 14 16 14 龐巴迪列車 24 24 CRH2 列車 10 10 專網(wǎng)設(shè)計 采用值 24 注：鐵路上海段目前行駛的 CRH 僅為 CRH2 型，其它類型的 CRH 穿透損耗需按實際情況重新測試。 3.3 重疊覆蓋距離估算 3.3.1 手機重選與切換 在 GSM 通信事件中，小區(qū)重選與小區(qū)切換 需要一定的時間來完成接續(xù)工作。其中小區(qū)重選規(guī)則中，當手機測量到鄰小區(qū) C2高于服務(wù)小區(qū) C2 值且維 持 5 秒鐘，手機將發(fā)起小區(qū)重選， 若在跨位置區(qū)處，則鄰小區(qū) C2 必須高于服務(wù)小區(qū) C2 與CRH 設(shè)置值的和且維持 5 秒鐘，手機發(fā)起小區(qū)重選和位置更新。 而在小區(qū)切換過程中， 通常測量報告在經(jīng)過設(shè)定的 SACCH 窗口值平滑后，經(jīng) BSC 判斷，將發(fā)起小區(qū)切換，而整個切換的時間取決于 SACCH 的設(shè)置值，該值通常設(shè)為 8。 9 表 7：小區(qū)重選與小區(qū)切換 通信 事件 滿足條件 估算時長 小區(qū)重選 C2（鄰） C2（服務(wù)）且時間達到 5 秒 5 秒 位置更新 C2（鄰） C2（服務(wù)） CRH（服務(wù)）且時間達到 5 秒 5 秒 小區(qū)切換 rxlev(鄰） rxlev(服務(wù)）且時間達到給定的 SACCH 設(shè)定值 小于 5 秒 3.3.2 列車時速與重疊覆蓋距離 我們在研究專網(wǎng)小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域的同時，假定重疊區(qū)域覆蓋是均勻的。在左圖中，點 A、 C 和點 B、 D 分別是兩個小區(qū)的邊界， E 點為兩小區(qū) RxLev 等值點。 BC 段為兩小區(qū)重疊覆蓋距離。 取小區(qū)重選與小區(qū)切換較長的時間 （ 5 秒鐘）作為計算基礎(chǔ) ，若列車由小區(qū) 1 行駛至小區(qū) 2，則列車在 EC 段之內(nèi)必須完成小區(qū)重選或小區(qū)切換，因此重疊覆蓋距離BC 段的列車行駛時間為 10 秒鐘，按照公式： 在列車在 市區(qū)時的 進站和出站時由于是變速行駛，我們給出的平均速率為180KM/h，折 50M/s；在列車均速行駛時，按照其 運營 速率 200KM/h，折算等于55M/s；按照其最大速率 250KM/h，折算等于 70M/s。因此專網(wǎng)小區(qū)的最小重疊覆蓋距離為市區(qū)內(nèi) 平均 330M， 市區(qū)按運營速率計算為 550M，按最大速率計算為 700M。 表 8：專網(wǎng)小區(qū)重疊覆蓋距離 區(qū)域 市區(qū)內(nèi) 市區(qū)外 運營速率 最大速率 最小重疊距離 500M 550M 700M 建議設(shè)計的重疊距離 600M 660M 840M 3.4 傳播模型 采用 在無線規(guī)劃中，采用合適的傳播模型可以準確地預(yù)估所需要的基站數(shù)量以及覆蓋強度，而在鐵路專網(wǎng)的設(shè)計中，我們采用的傳播模型是 ALCATEL A9155 V6中的標準傳播模型（ SPM 模型） 。 3.4.1 傳播模型 簡介 10 ALCATEL A9155 V6 中的標準傳播模型（ SPM 模型）以 COST231-Hata 經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)，可用于 150-2000MHz 的無線電波傳播損耗預(yù)測，作為無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的傳播模型工具，具有較好的準確性和實用性。 SPM 傳播模型 SPM 模型的數(shù)學表達形式是： 5 0 1 2 3 4 5 6l o g ( ) l o g ( ) l o g ( ) l o g ( ) ( )e f f e f f m e f f c l u t t e rP L K K d K H K D i f f r a c t i o n K d H K H K （式 1） 表 9： SPM 模型各系統(tǒng)含義 系數(shù) 說明 默認值 K1 頻率相關(guān)因子 12.4 K2 距離衰減因子 44.9 K3 基站發(fā)射天線 有效 高度相關(guān)因子 5.83 K4 衍射計算相關(guān) 因子 0 K5 發(fā)射 天 線有效高度和 傳播 距離相關(guān) 因子 -6.55 K6 移動臺 接收天線有效 高度相關(guān)因子 0 Kclutter 地貌相關(guān)因子 1 表 10： SPM 模型默認值參見表 1 參數(shù) 含義 量綱 d 發(fā)射點到接收點的直線距離 m Heff 基站天線有效高度 m Diffraction 衍射損耗 dB Hmeff 移動臺 天線 有效高度 m 3.4.2 傳播模型校正原理 及方法 在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，通常使用經(jīng)驗的傳播模型預(yù)測路徑損耗中值，不同的模型可應(yīng)用于不同的無線場景。在這些模型中，影響電波傳播的一些主要因素，如收發(fā)天線距離 、天線相對高度和地型地貌因子等，都作為路徑損耗預(yù)測公式的變量或函數(shù)。但是實際的無線環(huán)境千變?nèi)f化，因此傳播模型在具體應(yīng)用時，需要對模型中各系數(shù)進行必要的修正，從而找到合理的函數(shù)形式，這個過程就是傳播模型校正。 3.4.2.1 SPM 校正原則 盡管 SPM 模型的各個因子都是可以進行校正的，但 在實際應(yīng)用中 由于所能采集的數(shù)據(jù)有限， 并且在特定應(yīng)用場合中所關(guān)注的因子并不相同，因此模型校正的總原則是：對于特定應(yīng)用場景，對重點相關(guān)因子進行修正。 K1 是與頻率相關(guān)的因子，對于 GSM 900M 或 1800M，可以取 默認值 12.4。 11 K2 是反映模型校正區(qū)域內(nèi)總體 無線環(huán)境特征 的 參數(shù) ， 能 普遍適用于模型校正區(qū)域 。如果應(yīng)用場景屬于 K2 對應(yīng)的無線環(huán)境， K2 可以取相應(yīng)的默認值。 K3 是 與天線有效高度 相關(guān) 的 因子 ，由于天線掛高在測試過程中保持不變，而且測試的距離通常在 3km 范圍內(nèi)， 天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的 地形變化通常并不明顯 。因此在整個測試過程中 K3 對模型的準確性影響較小 ， 不 建議對 K3 進行校正。 K4 是與衍射計算相關(guān)的因子 。如果測試區(qū)域內(nèi) ，圓錐體 （劈尖）或 圓柱體物體 （建筑）所占比例較少，邊緣繞射或曲面繞射對總場波傳播的 損耗 有限， 因此建議 K4 取為 0。 K5 是對 K2 和 K3 兩個影響因子的綜合，建議取默認值。 K6 是與移動臺天線有效高度相關(guān)的因子。類似于 K3 因子， 不 建議 K5 進行校正。 Kclutter 是地形地貌因子。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的對象之一是不同的無線環(huán)境，而無線環(huán)境的表現(xiàn)載體是豐富的地形地貌?，F(xiàn)階段對 GSM 傳播 模型校正的主要任務(wù)集中在 Kclutter 的確認和 修正。 3.4.2.2 SPM 校正流程 測試數(shù)據(jù)采集 模型 校正結(jié)果 的 準確性很大程度上依賴于路測采集數(shù)據(jù)的可靠性。 數(shù)據(jù)采集的原則包括： （ 1） 測試采集數(shù)據(jù)應(yīng)至少包括經(jīng)度、緯度和場強信息。 （ 2） 測試采集數(shù)據(jù)應(yīng)當能很好 地反映測試 信號 的 中值，避免因采集數(shù)據(jù)中所包含的快衰落未被濾去而影響校正的準確性 ，并 注意測量數(shù)據(jù)的突然變化。 （ 3）單位時間、單位距離內(nèi)的采樣點數(shù)可參考李氏定理。 （ 4） 移動臺接收天線高度為 1-2m，接收機及 GPS 采用外接天線置于車頂，以避免因測試車與基站相對位置的不同而導(dǎo)致的車體損耗差異及人體損耗。 （ 5） 隧道或橋梁等 特殊場景的數(shù)據(jù)應(yīng)進行 標記，便于事后篩選。 （ 6）與 本地 地 貌明顯不符的地方 應(yīng)進行 標記，便于事后篩選。 （ 7） 當接收信號不滿足以下條件時，測試不應(yīng)當再向遠處延伸。 接收信號 -接收機靈敏度 10dB 接收信號 -底噪 20dB 12 數(shù)據(jù)預(yù)處理 由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備測到的場強數(shù)據(jù)為信號的瞬時值，其中包含著快衰落成分，需要進行數(shù)據(jù)預(yù)處理。 當接收機距離發(fā)射機比較遠時，接收信號強度很低，因接收機靈敏度的影響，其測量值往往不準確；對于測試信號，底部噪聲在遠端接收信號中的比例比較大，不利于模型校正，所以遠端的測試點應(yīng)予以去除。 當接收機位于基站附近時，由于受天線垂直方向圖的影響，接收信號的功率主要受到基站附近建筑物和街道走向的影響，因此離基站很近的測試數(shù)據(jù)不能用于傳播模型校正。 在測試過程中，由于人為失誤或設(shè)備故障，可能 會出現(xiàn)偏差很大的測量數(shù)據(jù)，另外由于測試中行車路線受路況限制，可能偏離測試方案預(yù)定的測試區(qū)域。為了防止這些數(shù)據(jù)對模型校正的影響，在模型校正之前應(yīng)予以濾除。 數(shù)據(jù)預(yù)處理可以采用算術(shù)平均法，對于經(jīng)緯度信息相同的場強數(shù)據(jù)，求算術(shù)均值；也可以采用統(tǒng)計平均法，對于經(jīng)緯度信息相同的場強數(shù)據(jù)，采用中值作為測試數(shù)據(jù)。 另外，由于 GPS 設(shè)備信息更新的速度有限。如果在同一 GPS 上聚集了大量的數(shù)據(jù)，可以對得到的測試數(shù)據(jù)在兩個相鄰的 GPS 信息點上進行插值處理，將測試到的數(shù)據(jù)平均分配到相鄰的 GPS 信息點的連線上。 傳播模型校正方法 在 鐵路專網(wǎng)設(shè)計中， 模型校正主要是對地形地貌因 子 Kclutter 進行校正。為了便 于說明問題，當基站天線有效高度（ Heff）和移動臺天線 有效高度（ Hmeff）確定后， SPM 模型可以表示為： 5 0 1 2 1 2l o g ( )L P L C C d C C D （式 2） 其中，1 1 3 4 6l o g ( ) ( )e f f m e f f c l u t t e rC K K H K D i f f r a c t i o n K H K 2 2 5 l o g ( )e ffC K K H當 C2 已知， C1 得到校正值后，即能計算出地形地貌因子（ Kclutter）的校正值。 如果借用最小二乘法對 C1 進行 校正，則根據(jù) 式 2 的表達形式，對于一組有效的測試數(shù)據(jù) Li(i=1,2,N)和 di(i=1,2,N)，有： 13 1 2 211NNiiiiC L C D L C D （式 3-1） 1 1 12221111( ) ( )N N Ni i i ii i iNNiiiiD L D LNCDDN （式 3-2） 使得 L 的預(yù)測誤差最小。 3.4.3 傳播模型應(yīng)用 考慮到地貌的純粹度，以及避免測試過程中建筑物阻擋等影響，在滬寧鐵路（上海段）沿線原有站點中選擇符合地 貌測試要求的 3 個站點（分別是錦星、翔黃和紅湖基站），進行實地測試。 表 11： 傳播模型校正實測點 站點序號 站址 經(jīng)度 緯度 天線掛高 (m) EIRP 1 錦星 121.39204 31.262682 29 45.75 2 翔黃 121.29412 31.28767 15 45.75 3 紅湖 121.159 31.30326 32 45.75 其中基站 EIRP=發(fā)射機輸出功率（ 41.1dBm） -饋線損耗（ 3.5dB） +天線增益（ 8.15dB），計算結(jié)果為 45.75dBm。 表 12： 測試設(shè)備 工具名稱 型號 廠家 發(fā)射機 IFR 2025 signal generator IFR 接收機 E6474A（ software） E6455C（ hardware） Agilent 天線 K751664 kathrein 饋線 1/2” 數(shù)字地圖 20m*20m GPS GARMIN X21 筆記本電腦 Dell D610 測試結(jié)果描述 測試中一共測試了三個點：錦星、翔黃和紅湖。在具體的測試路線選擇以及數(shù)據(jù)的采集上都達到了要求，路線基本在所需測試地貌內(nèi)，地貌所需數(shù)據(jù)量也足夠用于分析，最后的 校正結(jié)果也達到了起初的目的，能根據(jù)測試地區(qū)的地貌情況，14 給出了一個推薦的數(shù)據(jù)。以下是這次測試的一個總體分析。 各個站點的路測結(jié)果分別如下圖所示： 圖 5：模型校正路測圖 對測試所經(jīng)過的采樣點進行統(tǒng)計，本次測試共 3 個站點，采樣點一共有15 27038 個（經(jīng)緯度信息相同的場強數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計平均），其中地貌“空曠市區(qū)（ urban open area）”所收集到的采樣點占總數(shù)據(jù)的 62%，其他各種地貌所占的采樣點都在 6%左右，如下圖所示。前以提級，本次模型校正主要針對 urban open area 地貌因子進行校正。 表 13： 模型校正采樣點 地貌類型 采樣點數(shù) water 199 sea 0 wet_land 2012 suburban open area 1879 urban open area 16797 green_land 1215 forest 0 high_buildings(height40m) 27 ordinary regular buildings(heights 40m-20m) 190 parallel regular buildings(heights20*40m) 1789 irregular buildings(height40m) -1 -2 ordinary regular buildings(heights 40m-20m) -3 -6 parallel regular buildings(heights20*40m) -11 -4 irregular buildings(height20m) -8 -8 suburban village -14 -14 park -15 -15 將模型校正結(jié)果用于各個測試站點，得到校正后的預(yù)測值，校正前后的實測值和預(yù)測值對比圖如下所示，其中紅線是實測數(shù)據(jù)，藍線為預(yù)測值： - 4 5- 8 5- 6 5- 4 5- 8 5- 6 5校 正 前校 正 后圖 6：紅湖基站校正前后實測和預(yù)測值對比 - 4 5- 8 5- 6 5- 4 5- 8 5- 6 5校 正 前校 正 后圖 7：翔黃基站校正前后實測和預(yù)測值對比 17 - 4 5- 8 5- 6 5- 4 5- 8 5- 6 5校 正 前校 正 后圖 8：錦星基站校正前后實測和預(yù)測值對比 綜上，通過衡量誤差和均值兩個指標，校正后的模型達到了預(yù)期校正的目的，校正后地貌“空曠 城市區(qū)（ urban open area）”的地貌損耗為 -20dB。 3.5 話務(wù)模型分析 通過模型校正及覆蓋以預(yù)測后，我們可以知道在給定的區(qū)域內(nèi)需要建設(shè)專網(wǎng)小區(qū)的最小數(shù)量 ，而這些小區(qū)所需要的載頻配置數(shù)將是本節(jié)的研究重點。 3.5.1 列車話音業(yè)務(wù)估算方法 列車用戶對專網(wǎng)小區(qū)產(chǎn)生的話務(wù)不同于普通宏站，由于同一鐵路上一個小時內(nèi)行駛的列車數(shù)量是有限的。列車用戶帶來的話務(wù)量為每班列車話務(wù)量乘以一小時內(nèi)通過的列車班次數(shù)。為了保證專網(wǎng)小區(qū)的話音不溢出， 就需要保證每班列車在某一專網(wǎng)小區(qū)下通話而不產(chǎn)生溢出。在進行鐵路專網(wǎng)設(shè)計時 ，我們采用兩種方法進行列車話音業(yè)務(wù)預(yù)估： ERL B 表法 CRH 的標準配置為 8 節(jié)車廂，額定載客人數(shù)為 600 人次，但目前也有加長型 CRH 配置，即由 2 列 CRH 合并組成 16 節(jié)車廂，這樣用戶人數(shù)就達到 1200人。按照目前移動客戶滲透率 65%計 算 ，則這樣一班 CRH 的移動用戶為 780人。以每用戶 0.02ERL 計算 ，則將帶來 15.6ERL 話務(wù) ，查 ERL B 表（ 1%呼損）可得需要 25 個 TCH，考慮到 GPRS 業(yè)務(wù)，專網(wǎng)小區(qū)至少配置 5TRX。 愛爾蘭 B 表法計算簡便，但 是由于專網(wǎng)內(nèi)的話務(wù)均在列車使入后突發(fā)產(chǎn)生，因此僅參考愛爾蘭 B 表的數(shù)據(jù)將產(chǎn)生載頻設(shè)計偏差。 18 信令分析法 信令分析法的原理是在專網(wǎng)建設(shè)完成前， 我們在鐵路段 市郊邊界的跨LAC 點 取一個 主覆蓋鐵路的專網(wǎng)小區(qū) 。可以認為當列車進入市后，乘客意識到自己肯定不是漫游了，就會適當?shù)亩啻螂娫捊o家人，因此該小區(qū)的話務(wù)分析具有典型性。 當列車 穿越位置區(qū)時 ，可以看到邊界小區(qū)因手機位置更新必然會瞬時產(chǎn)生大量 SDCCH請求， 那么我們認為這個時間點是列車進入小區(qū)的起始點。然后采集小區(qū)話務(wù)量變化和占用 TCH 信道個數(shù)的變化來推算列車旅客帶來的影響。 以上海地區(qū)為例，我們對 BSC36_5 下的建華 _1 小區(qū)進行了信令跟蹤，然后分析 1 小時內(nèi)所有由江蘇使入上海站的列車產(chǎn)生的話務(wù)量。 表 15：建華 _1 的 TCH 變化情況 列車通過時間 13:13:2813:14:48 13:22:0813:23:28 13:31:1813:31:38 14:03:3814:04:58 小區(qū)的 TCH 占用總時長（列車進入） (s) 1200 1002 1158 1272 小區(qū)的 TCH 占用總時長（列車未進入） (s) 740 520 680 780 小區(qū)的 TCH 占用總話務(wù)量（列車進入） (Erl) 0.333 0.278 0.322 0.353 小區(qū)的 TCH 占用總話務(wù)量（列車未進入） (Erl) 0.206 0.144 0.189 0.217 小區(qū)的 TCH 占用總話務(wù)增量（列車進入前后）(Erl) 0.128 0.134 0.133 0.137 平均每輛列車貢獻的話務(wù)量（ Erl） 0.133 經(jīng)過計算，在列車通過該小區(qū)的時間段內(nèi)的 TCH 占用總時長為 4632s， 總話務(wù)量為 1.286Erl；在沒有列車開過的相同時間段內(nèi)的 TCH 占用總時長為 2720s，總話務(wù)量為 0.755Erl。 通過以上兩組數(shù)據(jù)我們可以得到 測試時間段 內(nèi) 平均每輛列車 帶來的總 TCH 話務(wù)量 約為 0.133ERL。 而對 TCH 占用數(shù)據(jù)的分析，我們也可以得到該小區(qū)瞬時的 TCH 占用數(shù)為 12 個信道。 因此，建議的專網(wǎng)小區(qū)配置為 4TRX。另外，考慮到站臺及位置區(qū)邊界小區(qū)需要一定的 SDCCH 信道作位置更新，這些小區(qū)的載頻配置建議值為 6。 19 T C H 占用02468101213:31:18 13:31:19 13:31:20 13:31:21 13:31:22 13:31:23 13:31:24 13:31:25 13:31:26 13:31:27 13:31:28 13:31:29 13:31:30 13:31:31 13:31:32 13:31:33 13:31:34 13:31:35 13:31:36 13:31:37 13:31:38 13:31:39圖 9：建華 _1 小區(qū)瞬時 TCH 占用數(shù) 3.5.2 列車數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)估算方法 鐵路專網(wǎng)建設(shè)中， GPRS/EDGE業(yè)務(wù)的引入對 GSM網(wǎng)絡(luò)容量的影響始終是一個關(guān)注重點 。 現(xiàn)有的關(guān)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量規(guī)劃的方法很多 ，但 一般都是把數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)折合成話務(wù)量（ Erlang）后來計算 PDCH的數(shù)量。這種計算方法的局限性 在于 沒有充分考慮GPRS/EDGE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特殊性，如 PDCH信道的共享特性，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)允許適當?shù)难訒r和重傳特性等等。 在滬寧專網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，需要 根據(jù) 專網(wǎng)中某一小區(qū)在火車經(jīng)過時可能引起突發(fā)的 GPRS/EDGE用戶數(shù)量、 激活用戶數(shù)、單位 用戶吞吐量、數(shù)據(jù) 重傳比例和每 PDCH信道承載速率幾個要素來計算 專網(wǎng)小區(qū)所需要配置的PDCH數(shù)量。 鐵路專網(wǎng)小區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特點是均值和峰值相差很大，并且大部分數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都具有突發(fā)性，因此根據(jù)網(wǎng) 絡(luò)一小時的話務(wù)報告（平均統(tǒng)計值）不能客觀反映用戶的行為，更不能正確指導(dǎo) PDCH 信道配置。為了準確調(diào)查列車對鐵路沿線小區(qū)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量的影響，一種可行的方法是通過信令跟蹤與分析估計列車上 GSM用戶數(shù)，然后再采用摻透率法來預(yù)測 GPRS/EDGE 數(shù)據(jù)用戶，并而計算出每小區(qū)需要提供的凈 PDCH 數(shù)。具體步驟如下： （ 1）根據(jù) GPRS/EDGE各種編碼方式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和話務(wù)模型 ， 計算 PDCH信道的實際承載速率 。 IP 層的用戶數(shù)據(jù)在經(jīng)由 PDCH 無線信道傳輸之前需要分別由 SNDCP、 LLC、RLC/MAC 封裝打包，同時要增加數(shù) 據(jù)包頭和校驗比特等開銷。手機與 核心 網(wǎng)絡(luò)在20 數(shù)據(jù)傳輸過程中一般依據(jù) Um 接口 無線信號質(zhì)量 的 反饋 選擇合適的編碼速率，即發(fā)生 CS/MCS 切換 。 因此在數(shù)據(jù)傳輸過程中， IP 層承載速率也隨著 空口 編碼速率的變化而變化。 GPRS/EDGE 各種編碼方式下實際的 IP 層有效速率如下表一所示。 表 16：各編碼方式的承載速率 GPRS/EDGE 編碼方式 調(diào)制方式 PDCH 承載速率 (kbit/s) IP 層有效速率 (kbit/s) CS1 GMSK 9.05 5.58 CS2 13.4 8.31 CS3 15.6 9.89 CS4 21.4 13.95 MCS1 GMSK 8.8 7.02 MCS2 11.2 9.76 MCS3 14.8 11.43 MCS4 17.6 13.33 MCS5 8PSK 22.4 16.67 MCS6 29.6 21.05 MCS7 44.8 29.63 MCS8 54.4 36.36 MCS9 59.2 38.1 （ 2）根據(jù) GPRS/EDGE 的話務(wù)模型和鐵路沿線某一小區(qū)實測 GSM 用戶數(shù)，用滲透法預(yù)計激活數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶數(shù)，并且對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成熟開展后進行預(yù)計 。 通過信令 跟蹤實測某列車進入上海某小區(qū)覆蓋范圍時，在短時間內(nèi)出現(xiàn)的大量位置更新請求次數(shù)。每隔 10s 對該小區(qū)出現(xiàn)的位置更新請求（ Channel Required（ Establish Cause:Location Update）數(shù)量進行了統(tǒng)計，一直到位置更新請求數(shù)量下降到閑時水平，則認為該趟列車離開了該小區(qū)的覆蓋范圍。在統(tǒng)計時段內(nèi)位置更新請求數(shù)量的突發(fā)增量，可算作一列列車上 GSM 用戶數(shù)。 GPRS/EDGE數(shù)據(jù)用戶的預(yù)測多采用摻透率法 ， 即引入一個摻透率參數(shù) ， 定義為： GPRS/EDGE滲透率 =GPRS/EDGE登記用戶 數(shù) GSM用戶數(shù) 現(xiàn)取值為 0.1； GPRS/EDGE的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量來源于實際使用該業(yè)務(wù)的用戶 ， 定義為激活用戶 ，并引入一個激活率參數(shù) ， 即 GPRS/EDGE激活率 =GPRS/EDGE 激活用戶數(shù) GPRS/EDGE登記用戶數(shù) 現(xiàn)取值為 0.14。 如果該小區(qū)突發(fā)位置更新請求次數(shù)為 2600，可大致估計出該列車中 GPRS 21 /EDGE激活用戶數(shù)為： 2600(GSM用戶數(shù) ) 0.1(GPRS/EDGE摻透率 ) 0.14(GPRS/EDGE激活率 )=37人 （ 3）根據(jù) GPRS/EDGE用戶數(shù)和每用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平均吞吐量 ， 計算出每小區(qū)的 IP層有效吞吐量 。 每數(shù)據(jù)用戶的平均吞吐量 需要 結(jié)合各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的滲透率 ， 業(yè)務(wù)的滲透率是指在 所有 用戶中使用該項業(yè)務(wù)的比例。 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)按 按業(yè)務(wù)功能可分為：通信類、信息類、效率類、商務(wù)類、娛樂類等幾類。 根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)各種業(yè)務(wù)，統(tǒng)計 RLC 層的流量和激活用戶數(shù) ， 結(jié)合 無線鏈路層帶來的協(xié)議開銷在 5%左右， 可得到平均每數(shù)據(jù)用戶業(yè)務(wù)量 。 現(xiàn)階段 GPRS/EDGE 屬于起步階段，綜合各項數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開展情況，估算單位用戶的平均 IP 層業(yè)務(wù)量為 400bit/s。 （ 4）根據(jù)每小區(qū)的 IP 層吞吐量和每 PDCH 信道實際承載速 率 ， 計算系統(tǒng)需要提供的凈 PDCH 數(shù) 。 通過 PDCH 的利用率 ， 計算系統(tǒng)需要提供的 PDCH 數(shù) 。 為配置小區(qū)合理的 PDCH 數(shù)，需要計算 每 PDCH 的平均 IP 層承載速率 ， GPRS用戶 采用 CS1-CS4 編碼速率， EDGE 用戶采用 MCS1-MCS8 編碼速率 ，根據(jù)各種編碼方式的 使用比例 ，可得到 每個 PDCH 的平均 IP 層承載速率 。 IP 層承載速率 = 4811%i i i iiiC S C M C S M C ； %iC 為各 CS 編碼方式占總 數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)量 （ GPRS 業(yè)務(wù)量 +EDGE 業(yè)務(wù)量） 的比例； %iMC 為各 MCS 編碼方式總 數(shù) 業(yè)務(wù)量 （ GPRS 業(yè)務(wù)量 +EDGE 業(yè)務(wù)量） 的比例； iCS為相應(yīng) CSi（ i=1,2,3,4） 編碼方式對應(yīng)的 IP 層有效數(shù)據(jù)速率； iMCS為相應(yīng) MCSi （ i=1,2,8） 編碼方式對應(yīng)的 IP 層有效數(shù)據(jù)速率； 例如，在滬寧鐵路專網(wǎng)建設(shè)中，測得某專網(wǎng)小區(qū)在 1 小時內(nèi)的 RLC 層數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量如下： 22 表 17： RLC 層數(shù)據(jù)流量 上行 下行 編 碼方式 RLC 層流量 (bit) 占用 比 編碼方式 RLC 層流量 (bit) 占用 比 CS1 55737842 53.55% CS1 37764586 14.30% CS2 30913124 29.70% CS2 161404898 61.12% CS3 4705720 4.52% CS3 12216350 4.63% CS4 1314113 1.26% CS4 7998835 3.03% MCS1 1822774 1.75% MCS1 716928 0.27% MCS2 2518589 2.42% MCS2 11978936 4.54% MCS3 794938 0.76% MCS3 3045166 1.15% MCS4 6285069 6.04% MCS4 10744453 4.07% MCS5 1555048 0.59% MCS6 4167147 1.58% MCS7 5357940 2.03% MCS8 7141375 2.70% 可以計算得到，該小區(qū)上行